[論文レビュー] Winds of change - a molecular outflow in NGC 1377? The anatomy of an extreme FIR-excess galaxy

S. Aalto, S. Müller+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 37被引用数 37

ひとこと要約

本研究では、高分解能のSubMillimeter Array (SMA)観測を用いて、極端なFIR過剰を持つ銀河NGC 1377において、若くコンactな分子圧出流を同定した。圧出流の質量圧出率は8 M⊙ yr⁻¹以上、年齢は約1.4 Myrであり、埋もれたダストに覆われた源からの放射圧によって駆動される初期段階の核活動を示唆している—おそらく若年期のAGNまたは超新星前星形成バーストである。これは、5–25 Myrの期間にわたりガスが急速に除去される可能性を示している。

ABSTRACT

We use high (0."65 x 0."52,(65x52pc)) resolution SubMillimeter Array (SMA) observations to image the CO and 13CO 2-1 line emission of the extreme FIR-excess galaxy NGC 1377. We find bright, complex CO 2-1 line emission in the inner 400 pc of the galaxy. The CO 2-1 line has wings that are tracing a kinematical component which appears perpendicular to that of the line core. Together with an intriguing X-shape of the integrated intensity and dispersion maps, this suggests that the molecular emission of NGC 1377 consists of a disk-outflow system. Lower limits to the molecular mass and outflow rate are M_out(H2)>1e7 Msun and dM/dt>8 Msun/yr. The age of the proposed outflow is estimated to 1.4Myrs, the extent to 200pc and the outflow speed to 140 km/s. The total molecular mass in the SMA map is estimated to M_tot(H2)=1.5e8 Msun (on a scale of 400 pc) while in the inner r=29 pc the molecular mass is M_core(H2)=1.7e7 Msun with a corresponding H2 column density of N(H2)=3.4e23 cm-2 and an average CO 2-1 brightness temperature of 19K. Observing the molecular properties of the FIR-excess galaxy NGC 1377 allows us to probe the early stages of nuclear activity and the onset of feedback in active galaxies. The age of the outflow supports the notion that the current nuclear activity is young - a few Myrs. The outflow may be powered by radiation pressure from a compact, dust enshrouded nucleus, but other driving mechanisms are possible. The buried source may be an AGN or an extremely young (1Myr) compact starburst. Limitations on size and mass lead us to favour the AGN scenario, but further studies are required to settle the issue. In either case, the wind with its implied mass outflow rate will quench the nuclear power source within a very short time of 5-25 Myrs. It is however possible that the gas is unable to escape the galaxy and may eventually fall back onto NGC 1377 again.

研究の動機と目的

• NGC 1377における分子ガスの分布および運動を調査すること。NGC 1377は、埋もれた核源を有する極端なFIR過剰銀河である。
• 高分解能分子線放出の解析を通じて、核活動の性質および進化段階を特定すること。
• 観測された圧出流が、コンパクトで遮蔽されたAGNからの放射圧によって駆動されているのか、それとも若年期のコンパクト星形成バーストによって駆動されているのかを評価すること。
• 分子質量、圧出率、動的年齢を推定することで、フィードバック機構および進化タイムラインを制約すること。
• 圧出流が数百万年以内に核領域のガス貯留層を除去するかどうか、およびガスが将来の活動を再び供給するための降着が起こる可能性があるかどうかを評価すること。

提案手法

• 12 COおよび13 CO 2–1遷移の高分解能（0.′′65 × 0.′′52）および低分解能（4.′′88 × 2.′′93）のSubMillimeter Array (SMA)観測。
• 線放出の形状、ドーピラー構造、空間的配置の分析により、ディスク-圧出流運動の特定。
• X字型の統合強度および分散マップを用いて、圧出流の幾何学的形状およびコリメーションの推定。
• 光学厚さおよびビームフィルイング因子の補正を加えた標準的な12 COからH₂への換算係数を用いて分子質量の推定。
• 運動的および空間的制約から、質量圧出率、速度、範囲、開口角、動的年齢といった圧出流パラメータの計算。
• 12 CO、13 CO、C 18 O線強度の比較により、光学厚さおよびガス状態の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1377における分子放出はディスク-圧出流系と整合的であり、その解釈を支持する証拠は何か？
• RQ2 観測された分子圧出流の動的年齢は何か？ これは核活動のスケールを制限するか？
• RQ3 圧出流は、埋もれたAGNからの放射圧によって駆動されているのか、それとも若くコンパクトな星形成バーストによって駆動されているのか？
• RQ4 全分子質量および質量圧出率は何か？ これらは核領域の将来の進化にどのように影響するか？
• RQ5 圧出流が数百万年以内に中心部のガス貯留層を除去するか？ ガスが再び降着して将来的な活動を再び駆動する可能性はあるか？

主な発見

• 12 CO 2–1線放出は、コア線に対して垂直にのびるウィングを持つ複雑で運動的に異なる成分を示しており、ディスク-圧出流系を示している。
• 圧出流の最小質量は1 × 10⁷ M⊙以上、質量圧出率は8 M⊙ yr⁻¹以上で、動的年齢は約1.4 Myrである。
• 圧出流は約200 pcにわたり展開しており、速度は約140 km s⁻¹、開口角は60°–70°、位置角は約40°に配置されている。
• SMAマップにおける全分子質量は1.5 × 10⁸ M⊙であり、中心29 pc内には1.7 × 10⁷ M⊙が存在し、表面密度は3.4 × 10²³ cm⁻²である。
• 平均的な12 CO 2–1輝度温度は19 Kであり、これは運動温度の下限を示唆しているが、フィルイング因子が1未満の場合、より高い温度である可能性がある。
• 1 mm連続放射は弱く（2.4 mJy）かつコンパクトであり、C 18 Oの有意な検出はなく、光学厚さが低く、高励起状態であることを示唆している。